التطبيقات الحرارية لمساحيق الزجاج

المادة الحرارية
هي التي لديها تحمل عالية لدرجة الحرارة، وفي درجة حرارة عالية مقاومة للتكسير، وتدهور أو غيرها من الهجمات الكيميائية. يمكن أن يعمل الزجاج المجفف كعنصر في تصنيع المواد الحرارية. ويستهلك قطاعا إنتاج الحديد والصلب 70 من العرض العالمي للمواد الحرارية (1). المواد الحرارية تأتي في عدة فصول. حمضية، أساسية، أكسيد الكربون أو المتخصصة. كمصدر رئيسي للسيليكا (2) ، وبالتالي فإن الزجاج الأرضي هو مادة حمضية حمضية . السيليكا هي الحرارية الأكثر استخداما (3). وتشير التقديرات إلى أن ما يزيد على 200 مليون طن من النفايات الزجاجية يتم توليدها سنوياً (4)، وبالتالي فإن إعادة استخدام أكبر قدر من هذا الزجاج من النفايات أمر حتمي. كما هو منتج النفايات، فهي غير مكلفة جدا، وبالتالي جذابة للاستخدامات الصناعية.

يتم الحصول على الغالبية العظمى من
الزجاج الأرضي
من حاوية النفايات وزجاج الصفائح (5). وعادة ما يتم جمع النفايات الزجاجية على مستوى البلدية والتجارب كمية من التنظيف قبل أن يتم سحقها في الكريات المشار إليها باسم cullet. يمكن أن تذوب Cullet نفسها مباشرة لتصنيع المزيد من الزجاج، أو يمكن أن تكون الأرض في مسحوق ناعم. حاسمة في هذه العملية هو تحديد الزجاج نفسه - الزجاج مع ارتفاع المعادن أو محتوى ميتلويد يمكن أن يسبب عدم وجود التوحيد في cullet نفسها، وcullet مسحوق إذا تمت معالجتها عن طريق هذا الطريق، أو في أي منتج الزجاج في المستقبل.

إن إعادة استخدام الكوليه الزجاجية أمر مهم بسبب اختلالات إعادة التدوير في نظام النفايات في بلد معين. المملكة المتحدة، على سبيل المثال، لا يمكن معالجة كل من الزجاج الأخضر (أساسا من زجاجات النبيذ) التي تستخدمها، وذلك يجب تصدير cullet الزجاج الأخضر. وسيكون من المفيد استخدام الكوليه محليا بدلا من التصدير.

وقد وجد الزجاج الأرضي استخداما في تصنيع العزل الليفي غلاسي وبمثابة تدفق في صناعة الطوب. غير أن هذه المواد ليست مواد الحراري في ذاتها. مجموعة فرعية من الطوب ، ومع ذلك ، ما يسمى "الطوب النار".

الحراريات

يتم إنتاج المواد الحرارية من خلال عملية متتابعة: معالجة المواد الخام، وتشكيل ومن ثم إطلاق النار. الطوب النار هي مثال على مادة الحرارية التي تحتوي على السيليكا. وهي قصب السبق لمقاومتها العالية لدرجة الحرارة. وتوجد هذه الطوبفي أفران صنع الصلب والزجاج، مع مرور الوقت وشملت تحتوي على الزجاج المطحون (6) كعنصر رئيسي. وقد ثبت استخدامات أخرى وراء الطوب، مثل بطانة البدونية والسيراميك والأسمنت.

يشتد

الندش هو جهاز يستخدم في التصنيع المستمر لمنتجات الصلب التي تعمل كعازل بين الفرن وقوالب الصب. حاسمة لإنتاج كفاءة الصلب هو أن الصلب المنصهر لا يبدأ في التبريد وترسيخ في أماكن أخرى غير القالب. لذلك، يتم عزل الدونشيات بعدة طبقات من المواد الحرارية(7). بالإضافة إلى العوازل، يتم استخدام الألواح النطفية بشكل متزايد للمساعدة في تنقية الصلب المنصهر لامتصاص الشوائب غير المعدنية ومنع الأكسدة (8).

عند اختيار المواد الحرارية لتشكيل طبقات البدونية ، من الأهمية بمكان النظر ليس فقط في خصائص المادة نفسها ، ولكن الخصائص المستدل عليها من الشكل الذي هو فيه. Tundishes اصطف مع طبقات من الطوب الحراري تميل إلى أن تستمر لفترة أقل من ذلك من بطانات مصنوعة من واحد، وتدفقت الانكسارات (9) (أقل من خمس درجات الحرارة مقارنة مع 30 لنوع أكثر أحادية). كانت بطانة البدونية المبكرة تتألف من سيليكات الصوديوم ، والتي تشكلت في حد ذاتها من تفاعل السيليكا وهيدروكسيد الصوديوم.

ومن السمات المفيدة بشكل خاص للسيليكا - وبالتالي الزجاج الأرضي - أنها قادرة على إزالة أكسيد الحديد من الصلب المنصهر ، سواء في الندش أو عند حقنه مباشرة في الصلب الذائب (10). عندما تستخدم مباشرة في الصلب المنصهر ة الألومنيوم قتل, الزجاج الأرضي يحل محل الحاجة إلى السيلاسي الكالسيوم اللازمة لتحويل جزيئات الألومينا خاطئ. السيلسي الكالسيوم قابل للاشتعال ويمكن أن تشتعل تلقائيا في الهواء. وقد أظهرت الدراسات أن هناك حاجة إلى أقل من 122g للطن الواحد من الصلب المنصهر. كجزء من بطانة، يمكن استخدام cullet ويعمل كتدفق، والمساعدة في تنقية المعدن المنصهر (11) ويحتمل أن توفر فوائد المصب مثل تحسين ليونة والآلات.

سيراميك

وقد وجدت cullet الأرض تطبيق في
إنتاج السيراميك
جنبا إلى جنب مع الكاولين والطين، وهذه السيراميك هي متسامحة للغاية مع تغير درجة الحرارة، ظاهريا بسبب وجود الحرارية السيليكا المستمدة من الزجاج الأرضي (12)، وتعتبر مرشحة للاستخدام في بيئات الظروف القاسية بسبب مقاومتها الكيميائية (13). مع معالجة الكاولين والطين بهذه الطريقة ، يمكن تحويل الزجاج الأرضي إلى خزفية ولاستوات اصطناعية (14) ، تستخدم نفسها كعازل في الصوف الصخري ، ولمزيد من الاندماج في السيراميك مع متطلبات الأداء الحراري العالي.

كمكون في تصنيع frits السيراميك المتجددة من مواد النفايات، وقد ثبت الزجاج الأرضي مفيدة جنبا إلى جنب مع حمأة السيراميك لتشكيل engobes، والتي يمكن بعد ذلك تحويلها إلى منتجات البلاط مستقرة حراريا (15). لم يكن التركيب مقاومًا للتدفئة إلى 1450 درجة مئوية فحسب ، بل كان أرخص بكثير من إنتاج الفواتس وengobes من مواد جديدة. وengobe هو طبقة رقيقة من المواد الموجودة على الطين في الغالب تستخدم على والسيراميك لتوفير الخصائص الميكانيكية. واحدة من العديد من مزايا استخدام الزجاج الأرضي في engobe هو توفير الطاقة اللازمة للإنتاج - كما أنها تعمل كتدفق في عملية التصنيع. في إنتاج stoneware ، يمكن إجراء السيراميك مع عنصر نسبة كبيرة من الزجاج الأرضي ، وينطأ عند 1000 درجة مئوية ، مع صلابة وقوة مماثلة للالخزف التقليدي (16) - يعزو الباحثون القوة إلى التفاعلات بين الزجاج والطين ، مما ينتج عدة مراحل بلورية.

الاسمنت والطوب

في صناعة الأسمنت، يستخدم الزجاج المطحون منذ فترة طويلة كمجمع. في شكل مسحوق، لاحظ الباحثون أن الزجاج الأرضي يوفر بعض النشاط pozzolanic. ببساطة، كلما كان مسحوق الزجاج الأرضي أدق، كلما كان النشاط pozzolanic أقوى. في بعض السيناريوهات، يمكن استبدال كمية من أسمنت بورتلاند في المزيج الخرساني بزجاج أرضي (17). الأسمنت الحراري مشابه للأسمنت التقليدي ، ولكن يتم استبدال أسمنت بورتلاند بألومنيوم الكالسيوم المختلفة. يتم استخدامه عندما تكون القوة تحت درجة حرارة عالية مطلوبة ، كما هو الحال في بطانات الفرن (18).

وهناك فائدة أخرى لاستخدام الزجاج الأرضي في الأسمنت الحراري هو قدرته على الحد من التوسع السيليكا القلوية، على الرغم من أنه لوحظ أن حجم الجسيمات يلعب دورا كبيرا (19). وتبين البيانات الواردة في الأدبيات أنه إذا كان زجاج النفايات مطحوناً بدقة، ولا سيما إلى الدرجات التي تقل عن 75 ميكرومتر، فإن تأثير السيليكا القلوية لا يحدث ويتم الحفاظ على متانة الهاون أو حتى تعزيزها(20). منع هذا التأثير يطيل عمر الأسمنت الحراري. وبالإضافة إلى ذلك، سيؤدي استخدام النفايات من الزجاج إلى انخفاض التكاليف المالية والبيئية في إنتاج الأسمنت(21).

في إحدى الدراسات، وجد أن إدراج الزجاج الأرضي النفايات عزز خصائص أداء الطوب الحراري المنتج: انخفض انكماش إطلاق النار، في حين زادت كثافة السائبة وقوة الضغط مع زيادة محتوى الزجاج (22). جنبا إلى جنب مع أكسيد الكالسيوم، والزجاج المطحون - كمصدر للسيليكا - وقد استخدمت لتشكيل الطوب الحراري السيليكا (23)، وجنبا إلى جنب مع غبار الحجر الجيري لإنتاج الطوب مع تعزيز خصائص قوة الضغط (24). بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام الزجاج الأرضي بالتنسيق مع الكتلة الحيوية والطين لإنتاج لبنة حريق فعالة من مواد متجددة فقط (25).

مفاهيم مماثلة

الأرز قشر السيليكا هو منتج طبيعي مشتق من طحن قشور الأرز، لديها محتوى السيليكا عالية ومماثلة في خصائص للزجاج الأرض فائقة الدقة.

وقد تم استخدامه لإنتاج cordierite لأغراض العزل الحراري(26). استخدام رمل السيليكا في تصنيع الطوب الحراري كما يوفر خصائص ميكانيكية محسنة، وأداء عال في درجات الحرارة نموذجية النار الطوب تصنيف (27). رمل السيليكا، مثل سيليكا قشر الأرز، هو مسحوق ناعم يشبه إلى حد كبير الزجاج الأرضي.

ملخص

الطبقة الأرضية (cullet) هو منتج غير مكلف يذهب إلى حد كبير إلى مدافن النفايات إذا لم يتم إعادة تدويرها. وهو مصدر قابل للتطبيق من السيليكا.
يتم استخدامه في إنتاج الصلب والزجاج لبطانة الأفران ، وغالبا ما تكون جزءا من الاسمنت الحراري.
يتم استخدام الزجاج الأرضي في الألواح في صناعة الصلب، وضمان تدفق مستقر من الصلب المنصهر في حين إزالة الشوائب.
في السيراميك الحراري وstoneware، ويستخدم الزجاج الأرضي لتحل محل بعض المواد الطينية وبذلك يزيد من القدرات الحرارية والقوة.
كجزء من الأسمنت الحراري ، يمكن إضافة الزجاج الأرضي ليحل محل بعض التجميع أو الأسمنت أو كليهما - مما يوفر تحسينات في القوة والمتانة ومقاومة الحرارة.
في الطوب الحراري ، عززت إضافة الزجاج الأرضي بعض خصائص الأداء الميكانيكي.
عموما، الزجاج الأرضي هو مادة قابلة للتطبيق للاستخدام في التطبيقات الحرارية.

مراجع

1 أ. مؤان وإ. ف. أوزبورن، توازن المرحلة بين الأكاسيد في صناعة الصلب،أديسون ويسلي، ريدينغ، الولايات المتحدة، 1965

2 م. رحمن وآخرون، الباحث. (ج. سوت) بنيت. الحياه الفطريه.، 2017، 6، 37

3 أ. مؤان وس. سمية، ج. (سيرام) شركه نفط الجنوب.، 1959، 42، 603

4 س. ما وآخرون، (كونستر) بناء. الام. 2015، 93، 371

5 R. K. Dhir OBE وآخرون، مواد البناء المستدامة: كوليت الزجاج،وودهيد، دوكسفورد، المملكة المتحدة، 2018

6 الولايات المتحدة براءة اختراع US3360387A, 1967, انتهت

7 الولايات المتحدة براءة اختراع US3963815A, 1974, انتهت

8 S. Aminorroya وآخرون ، الأساسية Tundish مسحوق التقييم للصب المستمر من الصلب النظيف، في التكنولوجيا AIS -- مؤتمر تكنولوجيا الحديد والصلب والمعرض، كليفلاند ، 2006

9 ي. ف. ماتيريكن وف. أ. مولوتشكوف، الانكسارات، 1983،24، 108

10 إ. ت. توركودان، صناعة الحديد والصلب، 2004،31، 131

11 الولايات المتحدة براءات الاختراع US5366535A, 1992, انتهت الصلاحية وUS617437B1, 1996, انتهت

12 م. ر. سحر وآخرون، الباحث. J. التعدين الميتالورجي مات.، 2018، 25، 350

13 ك. أوكادا, Eur. ج. سيرام. شركه نفط الجنوب.، 2004، 24، 2367

(14) و. زانغ وه. (سيرام) الباحث.، 2013، 39، 1943

15 أ. ب. أوليفيرا وآخرون، ج. أنظف برود، 2015،86، 461

16 إ. برناردو, ج. (سيرام) شركه نفط الجنوب.، 2008، 91، 2156

17 ج. شي وآخرون، أسمنت كونفر. القرار.، 2005، 35، 987

18 ن. بلاك وآخرون، ظ. (آبل) (سيرام)، 2010، 109، 253

19 و. لي وآخرون، الباحث. J. البنية الخرسانية. الام.، 2018، 12، 67

20 أ. مونتيرو وآخرون، إدارة النفايات، 2005،25، 197